De alkylhalogenider är organiska föreningar i vilka en kolatom med sp-hybridisering3 är kovalent bunden till en halogen (F, Cl, Br, I). Ur ett annat perspektiv är det bekvämt att förenkla, anta att de är haloalkaner; dessa är alkaner till vilka vissa H-atomer har ersatts med halogenatomer.
Som namnet antyder måste halogenatomer också vara kopplade till alkylgrupper, R, för att betraktas som denna typ av halogenid; även om de strukturellt kan vara substituerade eller grenade och ha aromatiska ringar och fortfarande förbli en alkylhalogenid.
Ovan finns 1-klorbutanmolekylen, vilket motsvarar en av de enklaste alkylhalogeniderna. Det kan ses att alla dess kol har enstaka bindningar och också har sp-hybridisering3. Därför är den gröna sfären, som motsvarar Cl-atomen, kopplad till ett skelett härrörande från alkanbutan.
Ännu enklare exempel än 1-klorbutan är de som härrör från metangas: det minsta kolvätet av alla.
Från dess molekyl av CH4 H-atomer kan ersättas med exempelvis jod. Om ett H byts ut har vi CH3I (jodmetan eller metyljodid). Genom att ersätta två H kommer vi att ha CHtvåJagtvå (diiodometan eller metylenjodid). Sedan och slutligen ersätter jag alla H: er med att ge CHI3 (jodform) och CI4 (koltetrajodid).
Alkylhalogenider kännetecknas av att de är mycket reaktiva och, genom att ha de mest elektronegativa atomerna i det periodiska systemet, intuiteras det att de genom ändlösa mekanismer påverkar biologiska matriser.
Artikelindex
Egenskaperna hos denna familj av föreningar beror på deras molekylära strukturer. Jämfört med de härledda alkanerna kan emellertid anmärkningsvärda skillnader observeras orsakade av det enkla faktum att ha C-X-bindningar (X = halogenatom).
Det vill säga C-X-bindningarna är ansvariga för varje skillnad eller likhet mellan en eller flera alkylhalogenider..
Till att börja med är CH-bindningarna nästan apolära, med tanke på den lilla elektronegativitetsskillnaden mellan C och H; å andra sidan uppvisar C-X-bindningarna ett permanent dipolmoment på grund av att halogener är mer elektronegativa än kol (särskilt fluor).
Å andra sidan är vissa halogener lätta (F och Cl), medan andra är tunga (Br och I). Deras atommassor formar också skillnader inom C-X-bindningarna; och i sin tur direkt på halidens egenskaper.
Därför är tillsats av halogener till ett kolväte lika med att öka dess polaritet och molekylvikt; motsvarar att göra det mindre flyktigt (upp till en punkt), mindre brandfarligt och öka dess kok- eller smältpunkter.
Med detta sagt visas storleken och vikten av de olika halogenerna i ökande ordning:
F < Cl < Br < I
Således kan alkylhalogenider innehållande F-atomer förväntas vara ljusare än de som innehåller Br- eller I-atomer..
Till exempel anses vissa halogenider härledda från metan:
CH3F < CH3Cl < CH3Br < CH3Jag
CHtvåFtvå < CHtvåCltvå < CHtvåBrtvå < CHtvåJagtvå
Och så vidare för de andra derivatprodukterna med en högre grad av halogenering. Observera att ordningen bibehålls: fluorhalogenider är lättare än jodhalider. Inte bara det, men också deras kok- och smältpunkter följer också denna ordning; RF kokar vid lägre temperaturer än RI (R = CH3, för detta fall).
På samma sätt är alla dessa vätskor färglösa, eftersom elektroner inte kan absorbera eller släppa fotoner i sina C-X-bindningar för att överföra andra energinivåer. Men när de blir tyngre kan de kristallisera och visa färger (liksom jodform, CHI3).
C-X-bindningar skiljer sig åt i polaritet, men i omvänd ordning enligt ovan:
C-F> C-Cl> C-Br> C-I
Därför är CF-bindningar mer polära än C-I-bindningar. Eftersom RF-halogenider är mer polära tenderar de att interagera genom dipol-dipolkrafter. Under tiden, i RBr- eller RI-halogenider, är deras dipolmoment svagare och växelverkan som styrs av Londons dispersionsstyrkor får större styrka..
Eftersom alkylhalogeniderna är mer polära än de alkaner från vilka de härrör, ökar de deras förmåga att lösa upp ett större antal organiska föreningar. Det är av den anledningen att de tenderar att vara bättre lösningsmedel; även om det inte betyder att de kan ersätta alkaner i alla applikationer.
Det finns tekniska, ekonomiska, ekologiska och prestandakriterier som föredrar ett halogenerat lösningsmedel framför en alkan.
Det finns två sätt att namnge en alkylhalid: med dess vanliga namn eller med sitt systematiska namn (IUPAC). Vanliga namn är vanligtvis bekvämare att använda när RX är enkelt:
CHCl3
Kloroform: vanligt namn
Metyltriklorid eller triklormetan: IUPAC-namn.
Men systematiska namn är att föredra (och det enda alternativet) när du har grenade strukturer. Ironiskt nog är vanliga namn användbara igen när strukturerna är för komplicerade (som de som kommer att ses i det sista avsnittet).
Reglerna för namngivning av en förening enligt IUPAC-systemet är desamma som för alkoholer: huvudkedjan identifieras, vilken är den längsta eller den mest grenade. Därefter listas kolen från början från slutet närmast substituenterna eller grenarna, namngivna i alfabetisk ordning.
För att illustrera det har vi följande exempel:
Den första grenen är metylgruppen vid C-4; men eftersom det finns en dubbel obligation får den högre prioritet framför den angivna regeln. Av den anledningen börjar den längsta kedjan att listas från höger, med en kolatom kopplad till två halogener: Cl och Br.
Med uppräkningen namnges substituenterna i alfabetisk ordning:
1-brom-1-klor-4-metyl-2-hexen.
För att erhålla alkylhalogeniderna måste molekylerna genomgå en halogeneringsprocess; det vill säga, införliva halogenatomer i deras strukturer, särskilt en atom med en kolsp3.
Det finns två metoder för att erhålla eller syntetisera dem: genom ultraviolett strålning genom en fri radikalmekanism eller genom tillsats av hydrocider eller halogener..
Den första, den minst lämpliga och med sämsta prestanda, består av att bestråla alkanerna med ultraviolett strålning (hvi närvaro av en halogen. Till exempel visas ekvationerna för klorering av metan:
CH4 + Cltvå => CH3Cl + HCl (under UV-ljus)
CH3Cl + Cltvå => CHtvåCltvå + HCl
CHtvåCltvå + Cltvå => CHCl3 + HCl
CHCl3 + Cltvå => CCl4 + HCl
De fyra föreningarna (CH3Cl, CHtvåCltvå, CHCl3 och CCl4) bildas och därför har du en blandning som kan utsättas för fraktionerad destillation. Denna metod är emellertid opraktisk och att använda organiska synteser föredras..
Ett annat exempel är bromering av n-hexan:
CH3CHtvåCHtvåCHtvåCHtvåCH3 + Brtvå => CH3(Br) CHCHtvåCHtvåCHtvåCH3 + HBr
Återigen används i denna reaktion ljus eller ultraviolett strålning för att främja bildandet av fria radikaler. Brom, eftersom det är en djupröd vätska, blir missfärgat när det reagerar och observerar därmed en färgförändring från röd till färglös när 2-bromhexan bildas..
Den andra metoden för att erhålla alkylhalogenider består av behandling av alkoholer (ROH) eller alkener (RtvåC = CRtvå) med hydrocider. Hydracider har den allmänna formeln HX (HF, HCl, HBr och HI). Ett exempel visas med etanol för var och en av dem:
CH3CHtvåOH + HF => CH3CHtvåF + HtvåELLER
CH3CHtvåOH + HCl => CH3CHtvåCl + HtvåELLER
CH3CHtvåOH + HBr => CH3CHtvåBr + HtvåELLER
CH3CHtvåOH + HI => CH3CHtvåI + HtvåELLER
På samma sätt kan alkener lägga till HX-molekyler till sina dubbelbindningar och bilda sekundära alkylhalogenider..
CHtvå= CH-CH3 + HBr => BrCHtvå-CHtvå-CH3 + CH3-CHBr-CH3
BrCH-produktentvå-CHtvå-CH3 är 1-brompropan och CH3-CHBr-CH3 2-brompropan. Den andra är majoritetsprodukten eftersom den är den mest stabila, medan den första produceras i mindre utsträckning eftersom den är mer instabil. Detta beror på att CH3CHBrCH3 är en sekundär alkylhalogenid.
Mycket likartat inträffar när det som tillsätts till alken är en molekyl av Xtvå:
CHtvå= CH-CH3 + Brtvå => BrCHtvå-CHBr-CH3
Emellertid erhålls en alkylhalogenid med två bromatomer bundna till intilliggande kol; vicinalalkylhalogenid. Om du å andra sidan hade de två brominerna fästa vid samma kol, skulle du ha en geminalalkylhalid, som följande:
BrtvåCH-CHtvå-CH3
Reaktiviteterna för alkylhalogenider är baserade på sprödheten eller styrkan hos C-X-bindningen. Ju tyngre halogen, desto svagare är bindningen, och desto lättare kommer den att brytas. I en kemisk reaktion bryts bindningar och nya bildas; C-X-bindningar bryts för att bilda en C-G-bindning (G = ny grupp).
I mer lämpliga termer fungerar X som en lämnande grupp och G som en ingående grupp i en reaktion av nukleofil substitution. Varför uppstår denna reaktion? Eftersom X, som är mer elektronegativ än kol, "stjäl" elektrontätheten och lämnar det ett underskott av elektroner som översätts som en positiv partiell laddning:
C5+-X5-
Om en negativ art (: G-eller neutralt med ett tillgängligt elektronpar (: G), som kan bilda en mer stabil C-G-bindning, kommer X slutligen att ersättas med G. Ovanstående kan representeras av följande kemiska ekvation:
RX +: G- => RG + X-
Ju svagare C-X eller R-X-bindningen är, desto större är dess reaktivitet eller tendens att ersättas med nukleofilt medel (eller nukleofil) G; det vill säga älskare av kärnor eller positiva laddningar.
En serie allmänna ekvationer för de nukleofila substitutionerna som alkylhalogenider kan genomgå visas nedan:
RX + OH- => ROH + X- (Alkoholer)
+ ELLER''- => ROR'' (Ethers, Williamson-syntes)
+ Jag- => RI (Alkyljodider)
+ CN- => RCN (nitriler)
+ R'COO- => RCOOR '(estrar)
+ NH3 => RNHtvå (Amines)
+ P (C6H5)3 => RP (C6H5)3+ X- (Fosfoniumsalter)
+ SH- => RSH (tioler)
Från dessa exempel kan man redan misstänka hur värdefulla alkylhalogenider är för organiska synteser. En av de många ersättningarna som återstod att citera är den för Friedel Crafts-reaktionen, som används för att "hyra" aromatiska ringar:
RX + ArH + AlCl3 => ArR
I denna reaktion ersätts en H av den aromatiska ringen med en R-grupp från RX.
Alkylhalogenider kan frisätta HX-molekyler genom en eliminationsreaktion; specifikt en dehydrohalogenering:
RtvåCH-CXRtvå + Åh- => RtvåC = CRtvå + HX
Det sägs att dehydrohalogenering inträffar eftersom både ett H och ett X går förlorade i samma HX-molekyl.
Alkylhalogenider kan reagera med vissa metaller för att bilda Grignard-reagenset, som används för att tillsätta R-grupper till andra molekyler. Den allmänna ekvationen för dess syntes är som följer:
RX + Mg => RMgX
Olika exempel på alkylhalogenider har redan nämnts genom sektionerna. Några andra, enkla, är:
-Etylklorid, CH3CHtvåCl
-Isopropylfluorid, (CH3)tvåCHtvåF
-2-metyl-3-klorpentan, CH3-CH (CH3) -CHCl-CHtvåCH3
-sek-butyljodid, CH3CHtvåCHtvåI-CH3
-3-bromo-6-jodheptan, CH3-CHtvå-CHBr-CHtvå-CHtvå-CHtvåJag
-3,4-dibromo-1-penten, CH3-CHBr-CHBr-CH = CHtvå
I tidigare avsnitt nämndes lösningsmedelskapaciteten för alkylhalogeniderna. Branschen har utnyttjat den här egenskapen för att använda dem som rengöringsmedel, vare sig det gäller textilmaterial, elektroniska komponenter eller för att ta bort lackfläckar..
På samma sätt används de som lösningsmedel för färger eller organiska eller oljiga prover för otaliga typer av analytiska tester..
Alkylhalogenider är mycket användbara för "alkylering" av aromatiska ringar, medan de fungerar som en utgångskälla för syntes av praktiskt taget alla andra familjer av organiska föreningar. Syntetiskt betraktas RX som en källa för R-grupper eller -kedjor, vilket kan vara önskvärt för införlivande i mycket aromatiska föreningar..
Det nämndes i början att halogenatomer interagerar med biologiska matriser, så att de i våra organismer inte kan gå obemärkt förbi utan att skapa en förändring, positiv eller negativ. Om ett läkemedel har en positiv effekt på kroppen, med en halogenatom, kan denna effekt eventuellt öka.
Så om X är direkt bunden till ett sp-hybridiserat kol3, den kommer att ha en alkylhalogenid och inte ett halogenerat derivat. Några av sådana halogenider visas nedan i följande bildserie:
Observera att i dessa fem läkemedel finns det minst en CH-typbindningtvå-X eller CH-X; det vill säga halogenen är bunden till ett sp-kol3.
Det berömda köldmediet Freon-12 (CHCIFtvå), som andra fluoralkaner eller fluorkolväten, ersatte ammoniakgaser och klorfluorkolväten (CFC) i denna funktion eftersom, även om de är icke-flyktiga eller giftiga ämnen, förstör de ozonskiktet; medan freon-12 förstörs innan den når sådana höjder.
Ingen har kommenterat den här artikeln än.